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Mehrphasenprozesse in stark heterogenen poroesen Medien

Das Projekt "Mehrphasenprozesse in stark heterogenen poroesen Medien" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Abteilung Technische Simulation.Gegenstand des Arbeitsgebietes ist die Entwicklung von Simulationsmethoden und -werkzeugen zur Berechnung von Mehrphasenstroemungs- und -transportprozessen in stark heterogenen poroesen Medien. Wichtige Anwendungsgebiete sind zum Beispiel die Erarbeitung von Sanierungsmassnahmen bei stark kontaminierten Grundwasserleitern oder die Prognose und Folgeabschaetzung eines Schadenfalls in einer Deponie. Die Ausbreitung von Schadstoffen im Untergrund verlaeuft je nach Stoffeigenschaft, Aquifertyp und Schadstoffeintrag unterschiedlich. Es handelt sich oft um Fluide, die mit Wasser nicht mischbar oder nur gering loeslich sind. Sie liegen somit als getrennte Phasen vor, so dass ihre Ausbreitung, beziehungsweise Verdraengung in poroesen Medien durch Mehrphasenmehrkomponentenprozesse beschrieben werden muss. Bei der Berechnung von Mehrphasenprozessen in stark heterogenen poroesen Medien treten im besonderen bei der mathematischen Modellentwicklung Schwierigkeiten durch die starke Nichtlinearitaet des gekoppelten Differentialgleichungssystems und dessen parabolischen/hyperbolischen Charakter auf. Wie Untersuchungen aus der ersten Antragsphase gezeigt haben, ist die Beurteilung der Zuverlaessigkeit der Modelle stark abhaengig von der Empfindlichkeit des numerischen Modells bezueglich der Wahl der Primaervariablen, Modellparameter (z.B. Kapillardruck-Saettigungs-Beziehung) und der numerischen Parameter. Die Bewaeltigung dieser Aufgabe bedarf der Weiterentwicklung problemangepasster Diskretisierungsverfahren und darauf aufbauend die Bereitstellung von effizienten Loesungsalgorithmen, sowie die Parallelisierung dieser Ansaetze.

Adaptive Modellierung von Stofftransportprozessen im Kluftgestein

Das Projekt "Adaptive Modellierung von Stofftransportprozessen im Kluftgestein" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen.Die numerische Simulation von Stroemungs- und Stofftransportvorgaengen im Kluftgestein erfordert eine genaue Erfassung der physikalischen Phaenomene (wie z.B. dichteinduzierte oder Mehrphasenprozesse), um die Ausbreitung von Stoffen bei Schdensfaellen im Bereich von Lagerstaetten nachbilden und ggf. vorhersagen zu dessen Verlauf geben zu koennen. Die Bearbeitung dieser z.T. hochgradig nichtlinearen Prozesse erfolgt zunaechst fuer den linearen Fall eines Transports idealer Tracer in einer instationaeren, vollstaendig dreidimensionalen Grundwasserstroemung. Die im Kluft/Matrix-Interaktionsbereich extrem variierende gemischte parabolisch/hyperbolische Defferentialgleichung stellt hohe Anforderungen an das numerische Loesungsverfahren, das eine grosse Genauigkeit aufweisen und trotzdem berechenbar (effizient) sein soll. Daher erfolgt die Erfassung der komplexen geologischen Formationen des gekluefteten poroesen Felsgesteins mittels beliebig konform gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente (3D - Felsmatrix, 2D - Kluefte, 1D - ausgepraegte Fliesskanaele). Die Finite-Elemente-Methode stellt dafuer eine konsistente Formulierung dar, benoetigt aber bei Advektionsproblemen eine hohe Aufloesung des Frontbereichs. Bei statischen Berechnungsgittern ergeben sich dadurch unnoetige Verfeinerungen. Es wurde ein adaptives Verfahren zur dynamische Anpassung des gekoppelten 1D/2D/3D-Gitters an die transiente Loesung der Transportgleichung entwickelt.

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